DE1806622C

DE1806622C - Controller with a switching amplifier excited to natural oscillations

Info

Publication number: DE1806622C
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl.-Ing. 6100 Darmstadt Beckmann
Original assignee: Hartmann and Braun AG
Current assignee: ABB Training Center GmbH and Co KG
Publication date: 1972-05-10

Description

i 806 622i 806 622

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Regler mit stellbare Gleichspannung milkoppelnd zugeführt,The invention relates to a regulator with adjustable DC voltage supplied milkoppelnd,

einem Schaltverstärker, bei dem in Ausgangsparallel- deren Polarität jeweils davon abhängt, welcher Ver-a switching amplifier, in which the polarity of the output parallel depends on which

resonanzkreisen Eigenschwingungen angeregt werden braucherkieis Strom führt. Durch diese Maßnahmeresonance circuits natural vibrations are excited consumer circuit conducts electricity. By this measure

und eine Rückkopplung über eine Brückenschaltung läßt sich erreichen, daß das Abreißen der Schwin-and a feedback via a bridge circuit can be achieved that the tearing off of the oscillating

erfolgt, die mindestens ein durch die Eingangsgröße 5 gung bei kleineren Absolutwerten der Verstärkerein-takes place that at least

des Reglers veränderbares Abgleichelement enthält, gangsgröße erfolgt, so daß die sogenannte Schalt-of the controller contains variable adjustment element, the input variable takes place so that the so-called switching

das Größe und Wirkungssinn der Rückkopplung be- hysterese des Reglers, d. h. der Abstand zwischenthe size and effectiveness of the feedback hysteresis of the controller, d. H. the distance between

cinflußt. Ein- und Ausschaltpunkt bei positivem bzw. nega-influences. Switch-on and switch-off point for positive or negative

Derartige Merkmale weist z. B. der in der tivem Eingangssignal, einstellbar ist. deutschen Patentschrift 1 219 574 beschriebene Regler io Die Erfindung wird nunmehr an Hand von Zeichauf. Um bei diesem Regler sowohl bei einer positiven nungen näher beschrieben. Es zeigt als auch einer negativen Eingangsgröße einen Schwin- Fi g. 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, gungseinsatz des Versärkers zu Schaltzwecken nach Fig. 2a... 2e und Fig. 3 verschiedene Dia-Art eines Dreipunktreglers zu bewirken, sind im A.us- gramme zur Erläuterung der Wirkungsweise, gang des Verstärkers zwei auf verschiedene Frequen- 15 Gemäß F i g. 1 ist dem Verstärker V übei den zen abgestimmte Resonanzkreise angeordnet zusam- Widerstand R1 die Eingangsspannung U zugeführt, men mit Übertragen! zur Rückkopplung der Aus- die normalerweise der Regelabweichung entspricht gangsgröße auf die im Eingang des Verstärkers be- und demnach sowohl positive als auch negative findliche Brückenschaltung. Je nachdem, welche Po- Werte annehmen kann. In der Endstufe des Verstärlaritüt die dem Eingang zugeführte Gleichspannungs- 20 kers befindet sich als Arbeitswiderstand ein Parallelgröße aufweist, wird eine Schwingung angefacht, die resonanzkreis Cl, Wl, und zwar ist der verstärkerder Resonanzfrequenz des einen oder des anderen seitige Anschluß über eine Miltelanzapfung der In-Rer.onanzkreises im Ausgang entspricht. Ist keine duktivität Wl vorgenommen, während die Speise-Eingangsspannung vorhanden, so befindet sich die spannung dieser Verstärkerstufe von der Sekundär-BrückenschaliUng im abgeglichenen Zustand, und die 25 wicklung des Netztransformators T geliefert wird, die Übertragung eines Rückkopplungssignals vom Aus- über Gleichrichter D 1 und Dl mit den Enden der gang des Verstärkers in den Eingang ist nicht mög- als Spule ausgebildeten Induktivität Wl verbunden lieh, so daß kein Schwingungseinsatz r'is Verstärkers ist. Die Induktivität Wl bildet die Primärwicklung erfolgen kann. Zu Regelzwecken können als Schalt- eines Übertrages Ü mit den beiden Sekundärwickglieder zwei Relais benutzt werden, di jeweils an- 30 hingen W2 und W3. Die Wicklung W3 ist durch sprechen, wenn die eine oder andere Resonanz- eine Mittelanzapfung in zwei gleiche Hälften aufgeschwingung einsetzt. teilt, die mit zwei Kapazitätsdioden K1, Kl eineSuch features have z. B. the one in the tivem input signal is adjustable. German patent specification 1 219 574 described controller io. The invention will now be based on Konstruauf. To be described in more detail with this controller both with a positive voltage. It shows an oscillation as well as a negative input variable. 1 an embodiment of the invention, supply use of the amplifier for switching purposes according to Fig. 2a ... 2e and Fig. 3 to effect different slide type of a three-point controller, are in the A.us- gramme to explain the mode of operation, output of the amplifier two on different Frequen- 15 According to FIG. 1 is the amplifier V via the zen matched resonance circuits arranged together Resistance R 1, the input voltage U supplied, men with transmission! for feedback of the output, which normally corresponds to the control deviation, to the input of the amplifier and therefore both positive and negative sensitive bridge circuit. Depending on which Po values can assume. In the output stage of the amplifier, the DC voltage 20 kers fed to the input is located as a working resistance has a parallel value, an oscillation is fanned, the resonance circuit Cl, Wl, namely the amplifier of the resonance frequency of one or the other side connection via a medium tap of the In Resonance circuit in the output. If there is no ductility Wl while the supply input voltage is present, the voltage of this amplifier stage from the secondary bridge circuit is in the balanced state, and the winding of the mains transformer T is supplied, the transmission of a feedback signal from the output via rectifier D 1 and Dl connected to the ends of the output of the amplifier in the input is not possible- an inductance Wl designed as a coil, so that no oscillation insert is the amplifier. The inductance Wl forms the primary winding. For control purposes, two relays can be used as switching a transfer Ü with the two secondary winding elements, that is each appended W2 and W3. The winding W3 is through when one or the other resonance a center tap begins to oscillate in two equal halves. shares, the one with two capacitance diodes K 1, Kl

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Brückenschaltung B bilden, die symmetrisch in den gleiche Funktion mit nur einem einzigen Resonanz- Eingangskreis des Verstärkers eingefügt ist, indem kreis im Ausgang des Verstärkers zu erzielen und so 35 die Mittelanzapfung an die eine Eingangsleitung und einen einfacheren schaltungstechnischen Aufbau zu der diagonal dazu liegende Brückenpunkt an die erreichen. Diese Aufgabe wird bei einem Regler der andere Eingangsleilung des Verstärkers angeschlossen eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß im Aus- ist. Mit Hilfe des Übertragers U, der Sckundänvickgang des Verstärkers ein an eine Wechselspannungs- lungW3 und der Brückenschaltung B erfolgt über quelle angeschlossener Parallelresonanzkreis vorge- 4° den Kondensator Cl eine Rückkopplung der Aussehen ist, der über die Brückenschaltung in den Ver- gangsgröße des Verstärkers auf den Verstärkereinstärkercingang ein Rückkopplungssignal in Abhän- gang. Die Dimensionierung und Funktion der gigkeit von der Polarität der Eingangsspannung der- Brückenschaltung ist analog der Briickenschaltung im art einspeist, daß er Eigenschwingungen jeweils wäh- Ausführungsbeispiel F i g. 1 der deutschen Patentrend der positiven oder negativen Halbwellen der 45 schrift 1 219 574. Da außer den beiden Spulenhalter Wechselspannungsquelle ausführt und daß durch die auch die Kappzitätsdioden durch Aussuchen bzw Resonanzschwingungen ein Halbleiterschalter ge- Abgleich durch parallelgeschaltete Trimmer identisch steuert ist mit zwei parallelen, derart an der Wechsel- sind, die Brücke also abgeglichen ist, kann eine Über spannungsquelle liegenden und gleichsinnig gepolte tragung eines Rückkopplungssignals nur dann erfol Gleichrichter enthaltenden Arbeitskreisen, daß in Ab- 50 gen, wenn die Kapazitälsdioden durch eine positiv* hängigkeit von den positiven oder negativen Halb- oder negative Eingangsspannung U eine unterschied wellen der Wechselspannung, bei denen eine öffnung liehe Kapazitätsänderung erfahren, die Brücke als< des Halbleitcrschalters bewirkt wird, jeweils dei eine verstimmt wird, oder andere Arbeitskreis Strom führt. Eine weitere Wicklung Wl des Übertragers U liegThe invention is based on the object of forming the bridge circuit B , which is symmetrically inserted into the same function with only a single resonance input circuit of the amplifier by achieving a circuit in the output of the amplifier and so 35 the center tap on one input line and a simpler one circuit structure to reach the bridge point located diagonally to it. In the case of a controller of the other input line of the amplifier connected, this object is achieved in that it is switched off. With the help of the transformer U, the Sckundänvickgang of the amplifier A to an AC lungW3 and the bridge circuit B via source-connected parallel resonant circuit superiors 4 ° capacitor Cl feedback of the appearance, the output variable over the bridge circuit in the comparison of the amplifier to the amplifier input a feedback signal in dependence. The dimensioning and function of the polarity of the input voltage of the bridge circuit is analogous to the bridge circuit in the way that it feeds natural oscillations in each case. 1 of the German patent trend of the positive or negative half-waves of 45 scripture 1 219 574. Since, in addition to the two coil holders, an alternating voltage source runs and that also controls the capacitance diodes by selecting or resonance oscillations, a semiconductor switch is identical to two parallel trimmers at the AC, i.e. the bridge is balanced, an overvoltage source lying and polarized in the same direction can only carry a feedback signal Half or negative input voltage U a difference waves of the alternating voltage, in which an opening change in capacitance is experienced, the bridge is effected as <of the semiconductor switch, in each case one of which is detuned, or another working circuit carries current. Another winding Wl of the transformer U lies

Dabei einem derartigen Regler auch das Bedürf- 55 im Steuerkreis eines Thyristors H. Der ArbeitskreiSuch a controller also needs to be 55 in the control circuit of a thyristor H. The working group

nis besteht, das plötzliche Einsetzen der Schwingung dieses Thyristors wird von der Sekundärwicklung denis exists, the sudden onset of oscillation of this thyristor is de-activated by the secondary winding

und damit das Auftreten des Ausgangssignals in ge- Netztransformators T gespeist, und zwar liegt einand thus the occurrence of the output signal fed into the mains transformer T , namely a

wissen Grenzen einem bestimmten Eingangswert zu- Arbeitselektrode des Thyristors an der Mittelanzapknow the limits of a certain input value- Working electrode of the thyristor at the center tap

ordnen zu können, d. h. die Totzone, welche die An- fung der Sekundärwicklung und die andere über zweto be able to organize, d. H. the dead zone, which the call of the secondary winding and the other over two

sprcchcmpfindlichkeit des Reglers bestimmt, cinstell- 60 aus Serienschaltungen eines VerbraucherwiderstandeDetermines the response sensitivity of the controller, setting 60 from series connections of a consumer resistor

bar zu machen, ist in Weiterbildung der Erfindung K 3 bzw. R 4 mit einer Diode D 3 bzw. D 4 besteherTo make bar, is in a further development of the invention K 3 or R 4 with a diode D 3 or D 4 existing

vorgesehen, dem Verstärkereingang synchron mit der den Leitungszweigen an den Wicklungsenden der Scprovided, the amplifier input synchronously with the branch lines at the winding ends of the Sc

Netzfrequenz eine in der Amplitude einstellbare, vor- kuiidärwicklurig.Mains frequency adjustable in amplitude, precursor winding.

zugsweise rechlcckförmige Wechselspannung zuzu- Zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltunpreferably rectangular alternating voltage

führen. «5 dienen die Fig. 2a bis 2e, wobei in Fig. 2a dtto lead. «5 are used in FIGS. 2a to 2e, where in FIG

Außerdem wird in Weiterbildung der Erfindung Verlauf der Netzwechselspannung dargestellt ist unIn addition, in a further development of the invention, the curve of the AC mains voltage is shown

dem Vfsiiirkercingang noch eine aus den beiden in Fig. 2b eine von positivem ru negativem Wethe Vfiiirkercingang still one of the two in Fig. 2b one of positive ru negative We

Arbeitskreisen des Halbleiterschalter.·« abgeleitete ein- wechselnde Eingangsspannung U des Verstärkers, l· Working groups of the semiconductor switch. · «Derived alternating input voltage U of the amplifier, l ·

sei zunächst angenommen, dap ein positiver Wert von U die Brückenschaltung im Verstärkereingang durch die Kapazitätsänderung der Kapazitätsdioden so verstimmt, daß bei. jeder positiven Halbwelle der Meßspannung (Fig. 2a) das Rückkopplungssignal 5 mitkoppelnd wirkt und dadurch der Verstärker schwingt mit einer Eigenfrequenz des Resonanzkreises, die erheblich höher ist als die Netzfrequenz. Damit die Schwingung einsetzt, ist ein gewisser Mindestwert von U erforderlich. Während der negativen Halbwellcn der Netzspannung ergibt sich auf Grund der Anschaltung der als Primärwicklung des Übertragers U wirkenden Wicklung W1 des Parallelrcsonanzkreises an den Ausgang des Verstärkers und der Speisung über die Dioden Dl und Dl aus dem Netztransformator T ein gegcnkoppelndes Rückkopplungssignal, so daß die Verstärkerschwingun^ unterbleibt. Der Verstärker schwingt währc-nd der negativen Halbwellen der Netzspannung jedoch dann, wenn die Eingangsspannung U negativ wird, da der ao Übertragungsfaktor der Brückenschaltung und damit die Kreisverstärkung in diesem Fall ein anderes Vorzeichen bekommt. Es ergibt sich somit, wie in Fig. 2c dargestellt, daß der Verstärker in Abhängigkeit vom Vorzeichen einer hinreichend großen Ein- as gangsspannung entweder während der positiven oder während der negativen Halbwellen der Netzwechselspannung mit der Eigenfrequenz des Resonanzkreises schwingt. An der Sekundärwicklung Wl des Übertragers entsteht dann der in Fig. 2c dargestellte Spannungsverlauf. Die in den Steuerkreis des Thyristors// eingeschaltete Wicklung W2 bewirkt, daß der Thyristor zu Beginn der entsprechenden Halbwellen der Nelzfrequenz nach erfolgtem Schwinguneseinsdlz für die Dauer einer Halbperiode der Netzfrequenz öffnet. Aus der Anschaltung der Arbeitxelektrodcn des Thyristors zusammen mit den Arbeitswiderständen R3 und A4 sowie den Dioden /)3 und D 4 an die Sekundärwicklung des Netztransfnrniators T in der bereits beschriebenen Weise folgt der in den Fig. 2d und 2e dargestellte Spannungsverlauf an den Arbeitswiderständen R3 und R4. Je nachdem, ob die Eingangsspannung U positiv oder negativ ist, fließt en^vcder über den Arbeitswiderstand R 3 oder über den Arbeitswiderstand R 4 ein-Strom. IM die Eingangsspannung Null bzw. liegt sie innerhalb der Ansprcchschwelle des Verstärkers, so lind beide Arbeitswiderstände stromlos, da in diesem Fall wegen Fehlens einer Resonanzschwingung der Thyristor H dauernd gesperrt ist.it is initially assumed that a positive value of U detunes the bridge circuit in the amplifier input due to the change in capacitance of the capacitance diodes so that at. every positive half-wave of the measuring voltage (Fig. 2a) the feedback signal 5 has a positive effect and thereby the amplifier oscillates with a natural frequency of the resonance circuit which is considerably higher than the mains frequency. A certain minimum value of U is required for the oscillation to start. During the negative half-waves of the mains voltage, the connection of the winding W 1 of the parallel resonance circuit acting as the primary winding of the transformer U to the output of the amplifier and the supply via the diodes Dl and Dl from the mains transformer T results in a feedback signal so that the amplifier oscillates ^ is omitted. The amplifier oscillates during the negative half-waves of the mains voltage, however, when the input voltage U becomes negative, since the ao transfer factor of the bridge circuit and thus the loop gain has a different sign in this case. The result, as shown in FIG. 2c, is that the amplifier oscillates at the natural frequency of the resonance circuit either during the positive or during the negative half-waves of the AC mains voltage, depending on the sign of a sufficiently large input voltage. The voltage curve shown in FIG. 2c then arises at the secondary winding Wl of the transformer. The winding W 2 switched on in the control circuit of the thyristor causes the thyristor to open at the beginning of the corresponding half-waves of the mains frequency after the oscillation has taken place for the duration of a half-period of the mains frequency. From the connection of the working electrodes of the thyristor together with the working resistors R 3 and A4 and the diodes /) 3 and D 4 to the secondary winding of the network transformer T in the manner already described, the voltage curve shown in FIGS. 2d and 2e at the working resistors R follows 3 and R4. Depending on whether the input voltage U is positive or negative, an in-current flows through the working resistor R 3 or through the working resistor R 4. If the input voltage is zero or if it is within the amplifier's threshold, both working resistors are de-energized, since in this case the thyristor H is permanently blocked due to the absence of a resonance oscillation.

Die Arbcilswiderstände A3 und RA können bei· •piclswcise Rclaiswicklungen sein, wobei durch entsprechende Maßnahmen dafür gesorgt wird, daß ein Flattern der Relais infolge des pulsierenden Stromvcrlaufcs vermieden ist. Mit Hilfe der Relaiskontakte kann in bekannter Weise ein Stellmotor gesteuert werden.The arbcil resistances A3 and RA can be reverse windings in the case of piclswcise, whereby appropriate measures are taken to prevent the relays from fluttering as a result of the pulsating current flow. A servomotor can be controlled in a known manner with the aid of the relay contacts.

Das Schaltverhalten des Reglers ist in Fig. 3 dargestellt. Die Totzone, welche die Ansprechempfindlichkeit des Reglers ^stimmt, ist gleich der Summe der für die Erregung beider Relais notwendigen Verstärkcrcingangsspannungcn Ul und Ul. Die sogenannte Hysterese ist die dem Unterschied »wischen Ein- und Ausschaltpunkt des Reglers entsprechende Änderung h 1 bzw. hl der Eingangsspannung. 6sThe switching behavior of the controller is shown in FIG. 3. The dead zone, which corresponds to the response sensitivity of the controller, is equal to the sum of the amplifier input voltages U1 and U1 necessary for the excitation of both relays. The so-called hysteresis is the change h1 or h1 in the input voltage corresponding to the difference between the switch-on and switch-off point of the controller. 6s

Wie bereits erwähnt, kann die Totzone dadurch einstellbar gemacht werden, daß dem Eingang des Verstärkers synchron mit der Netzfrequenz eine in der Amplitude z.B. mit Hilfe eines Spannungsteilers einstellbare, vorzugsweise rechteckförmige Wechselspannung zugeführt wird. Durch synchrone Wtchsclspannungen anderer Kurvenform läßt sich auch der Mittelwert der den beiden Verbrauchet reisen zugeführten pulsierenden Spannung steuern.As already mentioned, the dead band can be made adjustable by adding the input of the Amplifier synchronous with the mains frequency one in the amplitude e.g. with the help of a voltage divider adjustable, preferably square-wave alternating voltage is supplied. Through synchronous alternating voltages Another curve shape can also be the mean value of the two consumed trips supplied control pulsating voltage.

Außerdem läßt sich die Hysterese des Reglers dadurch ändern, daß dem Eingang eine aus den beiden Schaltkreisen abgeleitete einsteilbare Gleichspannung mitkoppelnd zugeführt wird. Die Spannung wird an Zusatzwiderständen abgegriffen, die so angeordnet und bemessen sind, daß ihre Polarität beim Umschalten der Schaltkreise wechselt, die Spanniingswerle in ihrem Betrau jedoch einander entsprechen. Auf diese Weise können 7 B. ebenfalls mit Hilfe eines Potentiometers die bei. .n Ausschaltpunkte A 1 und Al gleichmäßig kleineren Eingangsspannungen zugeordnet werden, was eine Vergrößerung der Hysterese bewirkt.In addition, the hysteresis of the controller can be changed by feeding an adjustable DC voltage derived from the two circuits to the input. The voltage is tapped at additional resistors which are arranged and dimensioned in such a way that their polarity changes when the circuits are switched over, but the voltage values correspond to one another in their trust. In this way, 7 B. also with the help of a potentiometer the at. .n switch-off points A 1 and Al are assigned uniformly lower input voltages, which increases the hysteresis.

Claims

Patent claims:

1. Controller with a switching amplifier, in which natural oscillations are excited in output parallel resonance circuits and feedback takes place via a bridge circuit, which contains at least one adjustment element that can be changed by the input variable of the amplifier and that influences the size and effectiveness of the feedback, characterized in that in the output of the amplifier (V) a parallel resonance circuit (Wl. Cl) connected to an alternating voltage source is provided. which feeds a feedback signal into the amplifier input via the bridge circuit (B), depending on the polarity of the input voltage, in such a way that it executes natural oscillations during the positive or negative half-waves of the AC voltage source and that a semiconductor switch (//) is controlled by the resonance oscillations with two parallel working circuits that are connected to the AC voltage source and contain rectifiers (D 3, D 4) with the same polarity, that depending on the positive or negative half-waves of the alternating voltage at which the semiconductor switch is opened, one or the other working circuit carries current .

2. Regulator according to claim 1, characterized in that the inductance (Wl) of the parallel resonance circuit (Wl, Cl) with its two ends via the same polarized rectifier (Dl, D2 ^X to the secondary winding of a NeI / transformer (7) and via a MittcLinzapfung is connected to the last stage of the amplifier (V) and also forms the primary winding of a transformer (V) with two secondary windings (Wl, Wi) , of which one winding (Wi) represents one half of the bridge circuit (B) \ m the feedback path and the other winding (Wl) is connected to the control path of a thyristor (//), one of which is a working electrode with a central tap of the secondary winding of the mains transformer (T) and its other working electrode via a rectifier (Di: DA) and consumer (A3; A4) existing branch line is connected to one end of the secondary winding of the network transformer (T) .

ICTBICTB

1 8(JB1 8 (JB

3. Regulator according to claim I or 2. characterized in that dill 'the amplifier input synchronous with the Ncl / frequency one in the amplitude adjustable, preferably rectangular AC voltage is fed.

4. Reeler according to one of claims 1 to 3.

characterized in that the amplifier also includes one from the Heiden ArHc circles of the semiconductor switch * derived, once bare direct voltage fed to the coupling whose polarity prevents each wele Working group electricity leads.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings